土壤水分测量中相位差检测算法的实验与研究

TDR时域反射法是近些年发展起来的一种测定土壤含水量的新技术,因其快速、简便、高可靠性、高精度等优点受到越来越多的关注。为此,介绍一种在TDR时域反射法基础上发展起来的基于相位检测法的土壤水分测量技术,即基于相位检测的时域反射测量法(P-TDR)。针对时间差检测过程中的相位多值问题,提出了确定相位差测量值范围的解决算法,以及实际应用时的解决办法。同时,采用相位检测法设计的传感器对土壤水分测量的结果与烘干法的测量结果进行比较,验证了该方法的可靠性。     

澳作生态仪器有限公司

系列土壤水分测量系统 TRIME TDR原理高精度水分测量系统。可测量土壤等被测物深达3m的剖面含水量，标定后可以得到土壤的含盐量。分为便携式、管式定点测量及动态测量系统。     

一种新型土壤水分传感器的研究

为了满足精确灌溉的需要，一种能快速、准确测量土壤水分的传感器变得越来越重要。介绍了一种根据土壤介电常数和驻波原理研制的土壤水分传感器．并通过从探针结构和土壤种类两个方面对该传感器的工作特性进行试验研究，结果表明该传感器工作稳定、可靠，测量精度高，线性度好，适合大多数土壤类型的测量。     

灌溉水质对FDR土壤水分传感器的性能影响研究

为探究在灌溉控制系统中灌水水质对土壤水分传感器性能的影响效应,选择了3种国内外常用的基于介电原理(FDR)的土壤水分传感器(5TE、CSF13、FDS100)对其精准性、一致性等关键性能进行评价分析,结果表明:在测量精度方面,5TE和FDS100传感器精度较好,土壤含水量测试值与实际值的R2达到0.892与0.914;...     

线区域尺度土壤水分实时测量方法研究

提出了一种线区域尺度的土壤水分测量方法,设计了基于频域振荡法实时检测植物根区尺度土壤水分信息的传感系统。系统由土壤水分传感器、PVC套管、电动机牵引系统以及控制器组成,控制器控制电动机牵引传感器在套管中往复运动,可以实时获取240 cm长度上的土壤体积含水率信息。土壤水分传感器的动态响应时间为32 ms,稳定性测试结果的标准差为0.006 1 V,与时域反射(TDR)土壤水分传感器测量结果的相关性决定系数达到0.989,满足区域性土壤水分实时检测的要求。野外试验证明:当传感系统埋设深度为30 cm时,与相距10 cm平行埋设的BD-Ⅲ型土壤水分传感器(精度为±2%)测量结果的均方误差小于0.5%,能够测量到因降水导致的土壤水分变化,验证了系统的有效性。     

FDR土壤水分传感器的快速校准与验证

FDR(Frequency Domain Reflectometry)土壤水分传感器是一种用于测量土壤含水量的传感器,本文以FDR土壤水分传感器的工作原理为基础,重点研究了FDR传感器的快速校准方法,使之与标准传感器具有相同的输入输出特性。通过软件对FDR传感器进行校准,并利用校准后的系统与标准传感器进行了对比验证,检验结果表明,校准后的传感器与标准传感器的输入输出特性具有良好的一致性。     

基于相位检测的高盐碱与高有机土壤水分传感器研究

为解决高盐碱土壤与高有机土壤水分实时检测难题,研究了一种基于相位检测的时域传输(TDT)型土壤水分检测方法,并对传感器的探头结构、测量频率进行了分析。通过试验分析可知:当探针直径为2 mm、两针间距为10 mm、针长120 mm、测量频率为100 MHz时,在砂壤土、粘壤土、盐碱土、高有机土中的测量误差分别为±0.87%、±0.95%、±2.20%、±1.94%,动态响应时间约为4ms左右,测量性能较好,满足实际测量需要。通过与国外设备TRIME(TDR)及国产设备BD-Ⅲ型土壤水分传感器的对比研究,得出测量频率100 MHz时的TDT型土壤水分传感器能够满足高盐碱土壤、高有机土壤水分实时检测的要求,具有良好的动态性能和稳定性,且技术难度较小、成本低,有着很好的研究和应用前景。     

土壤剖面水分线性尺度测量方法

针对现有土壤水分点尺度下测量的局限性,提出了一种线性尺度下的土壤剖面水分测量方法,并设计了一种基于驻波比法的土壤剖面水分信息测量传感系统。借助HFSS高频电磁场仿真软件与网络矢量分析仪对传感器环形探头的电场强度分布情况与阻抗特性进行了分析研究,确定了环形探头适应性与敏感区域。以2种不同质地的土壤作为试验样本,对土壤水分传感器的输出与对应的测量值进行了多项式拟合,决定系数均达到了0.99以上,传感器的稳态与动态性能均能满足土壤剖面水分的测量要求。通过多层水分土柱穿层试验与对比试验表明,该系统能够满足线性尺度下土壤剖面水分的实时测量需求,具有较高的测量精度与稳定性。设计的土壤剖面水分线性测量系统的各项指标均达到实际应用的需求,具有较高的应用推广价值。     

土壤含水量检测电路的研制

首先介绍了FDR系统的测量原理、测量方法及其在土壤水分监测中的应用.然后利用FDR和单片机AT89S8252研制开发了土壤含水量检测电路,该电路由水分传感器、信号调理电路、显示电路、微处理器等几部分组成,测量的数据可经由串口传到上位机。试验表明:利用本电路与烘干称重法分别测定土样的体积含水率,其相对误差不超过3%,具有测量准确度高、测量速度快、显示直观、价格低廉、操作方便等特点。     

基于相位检测原理的土壤水分时域反射测量技术

针对土壤水分测量的特点,提出了用高频正弦波代替脉冲信号作为测试信号,利用相位检测原理测量信号传播时间,从而测量土壤含水量的方法.设计了由高频信号发生器、相位检测器、微处理器和土壤水分探头等组成的P-TDR原理样机.试验表明,该样机测量信号传播时间的精度可达到10 ps,在砂土、壤土和粘壤土中的土壤含水量测量结果与称重法对比差值不超过0.03.     

基于微波频时域变换的土壤灌溉湿润锋检测技术

为有效解决传统TDR系统在确定土壤湿润锋位置时带宽小、上升沿时间长、分层界面位置测量误差大等问题,本文在研究TDR阻抗测量的基础上,利用微波频域、时域变换理论提出了一种基于便携式矢量网络分析仪的土壤湿润峰测量方法。利用ADS仿真分析验证了TDR波形重新建模方法,证明了不同阻抗交界面检测的可靠性。通过油水交界面、2层不同含水率土壤干湿交界面、3层不同含水率土壤干湿交界面位置的测量,与传统TDR方法测得的结果进行对比,结果表明基于便携式矢量网络分析仪建立的微波阻抗反射信号转换模型在实际应用中具有很好的准确性,可为土壤分布式含水率的测定提供理论借鉴。     

TDR在土壤盐分测试中的试验研究

提供了用TDR土壤水分测试仪在测试土壤含水率的同时可测到土壤含盐总量的方法。以黄河上游宁夏惠农县典型的黄河淤积平原的主要质地土壤为基础。利用德国产TRIME-T3管式TDR土壤水分测量系统在测试田间土壤含水率时表示出的VOL和LEVEL值．经过与电导法测定的土壤含盐总量的拟合，得出它们与土壤含盐总量的函数关系。通过统计原理对该方程的检验．表明了方程的显著性和可用性。     

油菜直播地表土壤物理机械特性参数测量装置研究

针对油菜直播地表农田土壤物理机械特性参数室内测量费时费力、田间测量仪器功能单一等问题,设计了一种油菜直播地表土壤物理机械特性参数测量装置,实现集成测量土壤含水率、坚实度、粘聚力和内摩擦角4种土壤物理机械特性参数且测量结果可以通过手机APP实时储存显示。装置基于自走式移动平台实现行走控制,以STM32单片机为核心控制器,利用FDR传感器获取土壤含水率,通过圆锥贯入部件测量土壤坚实度和抗剪切强度参数(包括粘聚力和内摩擦角)。分析了装置的圆锥贯入部件和土壤含水率检测部件测量原理,设计了装置测量控制系统硬件电路及软件,开展了传感器标定试验,确定了柱式压力传感器、薄膜压力传感器和土壤水分传感器的输入输出响应关系。选取71个土壤样本,融合土壤含水率和基于圆锥受力平衡关系获取的摩擦因数,运用最小二乘法建立了土壤粘聚力和内摩擦角数学测量模型,模型决定系数R²分别为0.932和0.956。开展了装置田间测量试验,对土壤含水率、坚实度、粘聚力和内摩擦角进行集成测量,结果表明：相较于AYD-2型土壤坚实度仪、干燥箱干燥法和ZJ-D型直剪仪测量结果,油菜直播地表土壤物理机械特性参数测量装...     

测试土壤含水率和电导率的时域反射仪系

研究了用于土壤参数测试的时域反射仪(TDR)系统原理与电路实现方法.根据系统设计要求设计出时域反射仪样机,该样机脉冲发生电路产生140 ps上升沿的时域脉冲,接收电路等效采样精度为8.69 ps,并设计了时域反射仪系统控制程序,给出了程序的系统控制和数据处理流程图.利用研制的TDR样机对两种土壤样本的相对介电常数进行了测试,反演了土壤样品的体积含水率,同时利用采集波形反演计算出不同湿度土壤样品的体积含水率和体积电导率,反演体积含水率与称量法测的结果接近,测试误差均小于4%.     

基于驻波率原理的森林枯落物和土壤含水率测量方法

枯落物含水率测定在森林水文学、碳循环、林火蔓延以及火险等级评估等研究中具有重要作用。本文提出了一种基于驻波率(SWR)原理的森林枯落物含水率测量方法,所设计的SWR水分传感器具有复用双环式探头结构,可分时测量枯落物或土壤的含水率和电导率。实验结果表明,传感器输出电压与半分解、全分解枯落物和土壤含水率呈现良好的线性关系。与商品化TDR水分传感器相比,SWR传感器测量枯落物和土壤含水率的平均绝对误差较小,且在厚度小于10 cm的枯落物含水率测量以及测量成本方面具有明显优势。在对枯落物含水率进行长期原位测定时,SWR传感器可通过测量电导率判断半分解的枯落物是否随时间推移而完全分解,以便及时调整传感器水分测量的标定曲线,最大程度降低因枯落物成分改变对传感器测量精度造成的影响,为准确测量森林地表枯落物含水率奠定基础。     

基于低频滤波法的T-TDR含水率测量方法研究

为了解决T-TDR(Thermo-time domain reflectometry)探针短,土壤含水率测量效果差等技术问题,提出了一种低频滤波法LFF(Low frequency filter)进行TDR波形分析的计算模型。通过对TDR波形快速傅里叶变换,得到组成TDR波形的频谱,对其低频滤波后重新快速傅里叶反变换,可实现LFF变换。试验通过4种土壤,每种5个含水率的20个土样进行测试,通过LFF法和传统WINTDR法对比,结果表明LFF法具有较好的计算结果,其与干燥法的决定系数R2达0.983 5。LFF法不仅有效提高了T-TDR短针土壤含水率的测试精度,还简化了土壤含水率测试校验程序,提高了测试效率。     

A manually controlled TDR soil moisture meter operating with 300 ps rise-time needle pulse

Summary The principle of operation of a simple, manually controlled Time Domain Reflectometer (TDR meter) for soil moisture measurements, which operates with a needle pulse of 300 ps rise-time, is described. A block diagram and constructions are also given. Construction of a switchless multiple sensor probe, having an inherent delay reference, is presented. Results of measurements of the soil dielectric constant as related to water content, for soils having different bulk densities, textures and humus content show a high correlation. The results agree closely with other investigators measurements with different, more expensive, TDR instruments. The general principle of microprocessor-controlled TDR operated soil moisture meter is considered.Patent pending     

基于MSP430F149的土壤水分测量仪的设计

土壤水分快速、准确的测量是精细农业中需要解决的关键技术.为了实现土壤水分的实时测量,设计一种水分快速测量仪是十分必要的.为此,在研究用于测量水分的光谱技术基础上,提出了一种基于MSP430F149单片机为核心的土壤水分测量方案,详细地阐明了土壤水分测量仪的软硬件和抗干扰设计.由于该测量仪具有体积小、低功耗、实时性好等特点,有利于进行野外实时测量.     

新型食品质构仪的研制

为统一食品质地特性的测试方法，提高测试的精度，实现食品测试数据的真正量化，本文提出了一种新型食品质构仪的设计方案，并自行研制了一台仪器，经调试和试验，结果较为满意。